海上油田注水井防砂反洗井一体化工艺管柱设计应用

【摘 要】针对当前海上油田智能测调工艺防砂和反洗井的问题，本项目设计研发一套具有防砂、反洗井、分层注水一体的多功能管柱，在NB35-2-A5S1井作业中成功应用，具有指导现场作业的实际意义。

【关键词】海上油田;注水井;防砂;反洗井;一体化;工艺管柱;设计

随着海上油田开发的深入，注水井出砂井次日益增多，出砂不仅影响油田产量，造成设备损坏，严重者还会导致注水井大修作业。渤海油田注水井出砂治理主要是大修再完井作业，该类作业先对出砂注水井进行大修作业，清理井筒沉砂，然后打捞筛管，下入新的防砂完井管柱，最后下入分注管柱进行分层注水。出砂注水井重新防砂完井后虽然能恢复正常注水，但地层出砂大修再完井作业周期长，作业费用高，不利于油田降本增效。

1、海上油田出砂原因分析

1.1地质因素

海上油田地质条件复杂，压实程度差，油层胶结疏松，胶结物以泥质为主，泥质细粉砂含量高。油层注水后，不断地冲洗岩石的胶结物，部分胶结物被溶解，岩石强度降低，增加了地应力对岩石颗粒的挤压作用，扰乱了颗粒间的胶结，就容易遭到破坏而出砂。注入水通过与油层的矿物成分发生物理、化学反应，同样使油层岩结构骨架破碎，也会影响出砂程度。

1.2开采因素

随着注水开发时间的延长，层与层之间存在着压力差，生产压差越大，采液强度越高，流经油层孔隙中的流体流速越大，对地层结构的破坏作用越强，油层的出砂程度也就越严重。

油层间的压力差的存在可能导致油层套管破裂，同时由于多次修井作业及长期浸泡腐蚀，导致这种现象日益加剧。油层套管破裂后，地层砂大量溢出埋住油层而注不进水。油层套管破裂通常有油层上部套管破裂，以及注水层段发生油层套管破裂两种情况。注水井多是油井转注，在经历了防砂开采后，油层骨架遭到破坏，又经历长时间的冲刷，油层出砂严重，导致油层套管破裂，油层套管破裂使出砂更加难以治理，严重影响了注水井的正常生产。

当外部压力大于注水启动压力时，地层开始吸水，而外部压力突然下降（在现场生产过程中发生注水泵停泵或是地面注水管线突然穿孔，造成注水压力突然下降，在压差突然建立时，造成油层出砂。在同样压差下，以突然方式建立压差和以缓慢方式建立压差，二者在井壁附近油层中造成的压力梯度不同。

1.3防砂工艺因素

对疏松油层采取有效的防砂工艺降低油层出砂是减小设备损坏，延长作业周期的重要方式。在海上作业中发现，双层绕丝筛管、金属毡、金属棉防砂管介质加工质量不稳定，下井易挤压变形，抗水流冲击能力差，易刺破滤层，在实际应用中防砂效果差。割缝筛管整体强度相对较高，油流渗流面积大，孔隙度高，对于一般的出砂井来说防砂效果较好。

2、防砂防反吐一体化分注工艺

2.1工艺特点与原理

防砂防反吐一体化分注工艺是由防返吐工作筒与顶部封隔器及隔离封隔器配合，达到分注效果。

工藝特点：一趟管柱解决防砂、注水多重问题，缩短作业工期，节约作业费用。利用油管内打压，可以实现封隔器和水力卡瓦的一次打压全部座封。上提解封，上提首先解封顶部封隔器，顶封解封后上提一次解封隔离封隔器和水力卡瓦。该工艺技术在南海油田、印尼油田均已成功应用，技术稳定性高。

工作原理：分层。油管内打压到一定压力使封隔器座封，分注管柱利用封隔器进行分层。注水。每个配水器工作筒对应一个注水层段，配水器工作筒具有防反吐功能，有效阻止地层砂进入井筒。锚定。顶部封隔器有双向卡瓦，水力卡瓦有单向卡瓦，双重保障因注水时管柱蠕动带来的影响。解封。上提管柱，封隔器逐级解封，水力卡瓦收回。

2.2现场实际应用设计

防砂反洗井一体化分注工艺由封隔器与同心测调工作筒配合，达到防砂反洗井的效果。

工艺特点：一趟管柱解决防砂、洗井、注水多重问题，缩短作业工期，节约作业费用。可洗井封隔器在反向注水达到一定压力时解封，利用封隔器和套管环空建立洗井通道，洗井通道大。封隔器具有自锁机构，停注不解封，有效防止窜层。该工艺技术在胜利油田已规模应用，技术稳定性高。

工作原理：分层。油管内打压到一定压力使封隔器座封，分注管柱利用封隔器进行分层。注水。每个配水器工作筒对应一个注水层段，配水器工作筒具有防反吐功能，有效阻止地层砂进入井筒。洗井。封隔器在反向注水达到一定压力时解封，与沉砂单流阀一起形成反洗通道。解封。上提管柱，封隔器逐级解封，水力卡瓦收回。

海上油田注水井，应加强出砂井管理机制，同时采用合理的防砂方式，达到降低生产压差，提高挡砂强度，满足海上高速强采的防砂需要。

（1）出砂情况严重直井和井斜小于60°的定向井，推荐采用自提升工艺与可验封式防返吐配水工艺配合。但是平台需要专门安装地面控制装置，测试作业采用钢丝投送工具，作业时间长。

（2）井斜小于60°的定向井，推荐采用同心测调分层注水工艺。该工艺相对电缆永置测调分注工艺成本较低，节省测试作业时间。

（3）井斜大于60°的大斜度井和水平井，推荐采用电缆永置测调分层注水工艺，成本高

（4）设计管柱无需下入筛管，直接采用注水管柱直接与封隔器相连的方式，由下至上：单流阀+油管及短节+配水器工作筒+油管及短节+可反洗井封隔器+油管及短节+配水器工作筒+油管及短节+可反洗井封隔器+油管及短节+配水器工作筒+油管及短节+可反洗井定位密封总成+油管及短节+滑套总成+油管及短节+安全阀总成+油管及短节+油管挂。

井下管柱结构更简单，节约费用，普遍适用于海上油田7″、9-5/8″或者其他尺寸的套管完井方式。

3、防砂注水一体化工艺管柱现场应用

结合防砂注水一体化工艺管柱的特点，在渤海油田选择南堡35-2-A5S1井和绥中36-1-B2井，进行应用。

根据井特点，编写工艺方案，形成管柱结构，有下至上：单流阀+油管及短节+防反吐同心测调工作筒3#+油管及短节+可反洗井封隔器+油管及短节+防反吐同心测调工作筒2#+油管及短节+可反洗井封隔器+油管及短节+防反吐同心测调工作筒1#+油管及短节+可反洗井定位密封总成+油管及短节+滑套总成+油管及短节+安全阀总成+油管及短节+油管挂。

4、结论与认识

“海上油田注水井防砂反洗井一体化工艺管柱研究”项目针对当前海上油田在注水井普遍存在出砂问题，通过调研注水井出砂机理及防砂工艺的调研，对比常用的几种注水井分注工艺，优化设计了配套的防砂同心测调分注工作筒和可洗井封隔器，进而设计一种具有可反洗及防卡功能的分注工艺管柱，降低管柱砂埋风险，提高大修作业时效，节约油田生产成本，解决当前海上油田注水井出砂造成的问题。为平台注水井后续管理提供理论参考和技术支持，具有指导现场作业的实际意义，防砂分注一体化技术的研究成果，注水管柱结构简单，减低大修作业时效，具有创新性，充分显示了其潜在的经济效益，可大力推广。

作者简介：王柳（1982—），男，工程师，从事油田开发技术工作。